电子感测技术第三章精选文档.ppt

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1、电子感测技术第三章本讲稿第一页，共四十六页2.2.数字电压表数字电压表(DVM)的测量范围和分辨力的测量范围和分辨力19.99v0.001v00.01v0.01v9.999v09.99v9.99v 10v0.001v00.01v0.01v4.999v04.99v4.99v 5v000.1mv000.1mv001mv199.9mv199.9mv199mv 0.2v199.9mv00.01mv000.1mv00.1mv99.99mv099.9mv99.9mv 0.1v四四 位位三三 位位 半半 三三 位位量程量程本讲稿第二页，共四十六页3.3.交流电压的量值及转换关系：交流电压的量值及转换关系：0

2、U(t)UP+U0UP-UmUPPtUPP=(UP)-(UP-)=2Um统一性统一性叠加性叠加性本讲稿第三页，共四十六页相对电平：相对电平：11.25-11/1.25=0.8321010本讲稿第四页，共四十六页3.1.2 3.1.2 功率和射频功率的测量功率和射频功率的测量1.1.交、直流功率的测量交、直流功率的测量 2.射频功率的间接测量射频功率的间接测量（1 1）.晶体检波器的测量晶体检波器的测量（2 2）.热电转换器的测量热电转换器的测量 射频源射频源衰减器衰减器可变衰减器可变衰减器功分器功分器(魔魔T)晶体检波器晶体检波器铋锑热电偶铋锑热电偶UPU为直流电压或交流有效值为直流电压或交流

3、有效值本讲稿第五页，共四十六页（3 3）大功率的测量）大功率的测量热转电功率计直读热转电功率计直读P0 小功率计扩展量程小功率计扩展量程 家用微波炉加热功率家用微波炉加热功率射频脉冲功率射频脉冲功率不均匀度不均匀度测准测准本讲稿第六页，共四十六页3.1.3 3.1.3 噪声测量和抗干扰措施噪声测量和抗干扰措施1.噪声电压有效值噪声电压有效值Un的测量的测量(1)(1)用宽带平均值电压表测量时的读数为用宽带平均值电压表测量时的读数为U（2 2）用宽带示波器测量其峰峰值）用宽带示波器测量其峰峰值U Upppp 本讲稿第七页，共四十六页2 2放大器噪声系数放大器噪声系数NF的测量的测量 (1)定义定

4、义噪声仪噪声仪放大器放大器噪声调节噪声调节T2T1ENR（dB）Pni(T2)NF(dB)Pno(T2+Tn)平方率检波平方率检波指压表指压表Pni(T1)Pno(T1+Tn)室温室温 PnAPTnRg=Ri R0=RL本讲稿第八页，共四十六页(2)y系数和超标比系数和超标比ENR：(3)对数表示对数表示(4)功率倍增法（功率倍增法（y2），仪表读出），仪表读出ENR（dB）=NF（dB）系数系数超标比超标比本讲稿第九页，共四十六页3.用失真度仪的用失真度仪的“相对电平相对电平”测量放大器的信噪比测量放大器的信噪比S/N(dB)(1).连接好信号源、放大器和失真度仪输入连接好信号源、放大器和失

5、真度仪输入(2).使放大器输入端短路，使放大器输入端短路，“输入量程输入量程”应减小到的噪声电压量应减小到的噪声电压量程程ndB,在此档量程内的噪声电压读数在此档量程内的噪声电压读数NdB对应比值对应比值（相对电平相对电平）信号源信号源放大器放大器失真度仪失真度仪U0=3VNS(dB)Sn10dB本讲稿第十页，共四十六页4.抗干扰措施抗干扰措施模拟电路输入级的噪声是主要的模拟电路输入级的噪声是主要的（1）屏蔽技术）屏蔽技术（2）接地技术）接地技术（4）与屏蔽接地相反的）与屏蔽接地相反的“浮置浮置”（8）采用锁相环路（）采用锁相环路（PLL）（5）变压器或光电的耦合隔离法）变压器或光电的耦合隔离

6、法（3）滤波技术）滤波技术（6）采用电桥平衡电路）采用电桥平衡电路（7）通过整形、积分和门限等措施）通过整形、积分和门限等措施本讲稿第十一页，共四十六页3.2 射频（射频（RF）网络特性参数测量和应用）网络特性参数测量和应用3.2.1 射频简介射频简介1.微波波长：微波波长：2.传输线上阻抗：传输线上阻抗：l l容性容性感性感性低低高高I()U()高高低低容性容性感性感性034l l12l l14低低（阻性阻性)l l传输线终端传输线终端()Z123.行程行程本讲稿第十二页，共四十六页空气中(rr1)电磁介质中（r1，r1)电介质中(r1，r1)无限传播传输线中介质中介质中波长波长线上阻抗处处

7、变，四分之一高低换，线上阻抗处处变，四分之一高低换，半个波长又还原，不同介质有区别。半个波长又还原，不同介质有区别。本讲稿第十三页，共四十六页3.2.2 单口网络的反射参数单口网络的反射参数1.反射系数反射系数单口网络单口网络物体物体RF入射入射反反、散射散射入射波入射波出射波出射波测试口测试口abT本讲稿第十四页，共四十六页2.模值模值回波损失回波损失电压驻波比电压驻波比3.3.相位差：相位差：电波行程电波行程相移常数相移常数RL=20lg|（dB）本讲稿第十五页，共四十六页3.2.3 双口网络的散射参数双口网络的散射参数1.S参数参数 测试口 T1 T2反射参数传输参数RF入射入射反射反射

8、、透射透射双口网络双口网络物体物体反射反射，透射透射RF入射入射a1b1a2b2T1T2测试口测试口本讲稿第十六页，共四十六页插入损耗（衰减）插入损耗（衰减）2.模值模值 输入功率输入功率反射功率反射功率负载功率负载功率 本讲稿第十七页，共四十六页3.2.4 S参数的测量参数的测量1自动网络分析仪（自动网络分析仪（ANA）的组成和类型）的组成和类型组成类型信号源测试装置幅相检测器矢量（ANA）扫频源定向耦合器和混频器比值计和相位计六端口(SPANA)点频源六端口电路检波器或功率计时域(TDANA)脉冲源延迟线段取样示波器双口网络双口网络a2 b2a1 b1T1T2信号源信号源测试装置测试装置D

9、UT幅相检测器幅相检测器本讲稿第十八页，共四十六页2ANA的工作原理（的工作原理（HP8510B为例）为例）本讲稿第十九页，共四十六页3.2.5 应用举例应用举例检测（雷达、遥感、传感器等）检测（雷达、遥感、传感器等）通信（中继通信、卫星通信、移动通信）通信（中继通信、卫星通信、移动通信）能量（微波加热、微波输能、微波引擎等）。能量（微波加热、微波输能、微波引擎等）。1微波传感器的检测原理微波传感器的检测原理x xa2 b2a1 b1信号源信号源测试装置测试装置幅相检测器幅相检测器优点：非接触在线检测和实时处理，耐高温和高压等优点：非接触在线检测和实时处理，耐高温和高压等缺点：有零漂，定标困难

10、缺点：有零漂，定标困难微波的三大应用微波的三大应用:本讲稿第二十页，共四十六页2.透射式测量透射式测量矢量电压表定向耦合器定向耦合器微波源微波源发射天线发射天线接收天线接收天线被测物被测物流水线流水线本讲稿第二十一页，共四十六页3.反射式测量反射式测量原油原油流管流管微波源微波源PrPi0100含水率含水率Pr/Pi本讲稿第二十二页，共四十六页3.3.1计数法测量计数法测量f fA Af fB B倍频器倍频器分频器分频器计数窄脉冲计数窄脉冲主门主门t=t=T TA A/a aT=NtT=NtN N计数器计数器门控脉冲门控脉冲T=T=b bT TB B门控宽脉冲门控宽脉冲 aabb 门控门控 本

11、讲稿第二十三页，共四十六页量化误差量化误差：宽宽控开关控开关窄窄计数，计数，越宽越窄越宽越窄高精度。高精度。四四块电路块电路三三端口，端口，二二入入一一出经主门出经主门绝对误差绝对误差：N=1本讲稿第二十四页，共四十六页1 1、测量频率、测量频率f fX X fXfC放大整形放大整形 门控门控 主门主门1/fXbTC a=1 b分频器分频器fx=Nfc/b本讲稿第二十五页，共四十六页2 2、测量周期、测量周期T TX X fC倍频器倍频器 门控门控 主门主门TcTx=NTc a1 b=1TxTx放大整形器放大整形器Tx=N/fC本讲稿第二十六页，共四十六页3 3、测量误差和中界频率、测量误差和

12、中界频率 本讲稿第二十七页，共四十六页4 4、测量同频信号的时差和相位差、测量同频信号的时差和相位差 fc 门控门控Tct=NTc a1t放大整形放大整形aTc=MTxaTca=1 b=1主门主门付门付门tTX本讲稿第二十八页，共四十六页3.3.2示波器的时域测量示波器的时域测量1 1、测量正弦波参数、测量正弦波参数 Txt0t(x)U(y)本讲稿第二十九页，共四十六页2 2、测量脉冲波参数、测量脉冲波参数 下冲量下冲量上冲量上冲量U00.9U0rfUt0U0.5U00.1U0本讲稿第三十页，共四十六页3.3.3信号失真与频域测量信号失真与频域测量放大器放大器被测被测正弦波正弦波测试信号测试信

13、号U U1 1(f f1 1)抑制基波抑制基波衰减器衰减器HPFHPFmVmV 表表f1 1-60dBdB1 1、非线性、非线性(谐波谐波)失真度失真度 的测量的测量 本讲稿第三十一页，共四十六页2 2、线性、线性(频率频率)失真度的测量失真度的测量 (1)(1)点频法测量：点频法测量：信号源信号源被测被测U Ui i(i i)UoUo(o o)mVmV表表示波器示波器放大器放大器UoUo/U Ui i1 1o if fL Lf fHHf f0 0低频低频宽带宽带本讲稿第三十二页，共四十六页(2)(2)扫频法测量扫频法测量：Y Y输入输入等幅调频波等幅调频波扫频仪扫频仪检波检波RF输出输出被测

14、被测BPFX扫描波扫描波变幅调频波变幅调频波f fo-iff0U Uo o/U/Ui i0 01高频高频窄带窄带本讲稿第三十三页，共四十六页3.频谱分析仪工作原理频谱分析仪工作原理BPF中放中放中放中放VCO扫描波扫描波fI混频混频AI谐波谐波混频器混频器预选器预选器RF衰减器衰减器0AdBfL f1 fn-xdBm本振本振末级末级检波检波放大放大yx谱线谱线fiLpi被测信号被测信号fI=mfL-fi本振本振固定固定本讲稿第三十四页，共四十六页3.4 阻抗测量和半导体管的检测阻抗测量和半导体管的检测3.4.13.4.1电阻、电感和电容的测量电阻、电感和电容的测量1 1、电阻、电阻R RX X

15、的测量的测量 (1)(1)、万用表电阻档测量、万用表电阻档测量 (2)(2)、惠斯顿电桥精测、惠斯顿电桥精测BR1R0R2RxGU0本讲稿第三十五页，共四十六页(3)(3)伏安法伏安法相对误差方法选择测量值测量电路安培表外接法安培表内接法AVRxIAVRxI修正值本讲稿第三十六页，共四十六页2 2、电容、电容C CX X和电感和电感L LX X的测量的测量 (1)(1)、交流电桥法、交流电桥法(较较大大值的电容、电感值的电容、电感)U0Z1Z2ZnZx本讲稿第三十七页，共四十六页 例例：测电感的海式电桥：测电感的海式电桥R2R4CnRnRxU0Lx本讲稿第三十八页，共四十六页(2)(2)、变换

16、分离、变换分离(数字化数字化)法法RxRfCx900+-URUxUoU(f)本讲稿第三十九页，共四十六页(3)(3)、高频谐振、高频谐振QQ表法表法UOUiLxCRU(f)CX调谐时调谐时本讲稿第四十页，共四十六页3.4.23.4.2半导体管的检测半导体管的检测1 1、用万用表检测、用万用表检测 （1）好管：）好管：0.10.7VGe：0.10.5VSi：0.40.7V（2）坏管：正、反相同）坏管：正、反相同（3）管脚：用）管脚：用hFE插孔插孔（4）模拟万用表：）模拟万用表：表棒极性与数字万用表相反表棒极性与数字万用表相反用用“”档测正、反向电阻档测正、反向电阻本讲稿第四十一页，共四十六页N

17、 NN NP P发射结发射结集电结集电结集电区集电区基区基区c cb be e发射区发射区becNPN型三极管型三极管ecb本讲稿第四十二页，共四十六页2 2、晶体管特性图示仪测试、晶体管特性图示仪测试 01234放大放大0+-放大放大0012345中点中点UceoIb(A)Ic(mA)IbNPNPNPUce扫描波扫描波cbeNPNPNPUcexIcyIc垂直放大垂直放大水平放大水平放大01234阶梯波阶梯波插座插座示波器示波器本讲稿第四十三页，共四十六页3.5 计算机测试技术计算机测试技术3.5.1智能仪器和自动测试系统（智能仪器和自动测试系统（ATS）2.频响测试举例频响测试举例1.硬件为

18、主，软件专用硬件为主，软件专用打印机打印机计算机计算机信号源信号源频率计频率计电压表电压表其它智其它智能仪器能仪器GPIB总线总线放大器放大器被测被测UffHfLUU2UBW0f本讲稿第四十四页，共四十六页3.5.2虚拟仪器（虚拟仪器（VI）技术）技术1.软件为核心，硬件简单化软件为核心，硬件简单化系统比较ATSVI相同点计算机测试技术不同点 硬件为主，功能特定 软件为主，功能设定优 点高频 高速 高精度多参数测试效率高，更新方便缺 点功能有限 体大价贵单参数测试成本高，定标麻烦被测电路被测电路I/O取样取样A/D计算机计算机被测信号被测信号放在外面盒放在外面盒插入机内卡插入机内卡功能设定功能

19、设定虚拟面板虚拟面板模拟模拟数字数字数据采集器数据采集器本讲稿第四十五页，共四十六页2.LabVIEW虚拟仪器入门虚拟仪器入门 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言，视是一种图形化的编程语言，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。为一个标准的数据采集和仪器控制软件。使用使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器，开发平台编制的程序称为虚拟仪器，简称简称VI，其外观和操作类似于真实的物理仪器（如示波器、，其外观和操作类似于真实的物理仪器（如示波器、频谱分析仪和逻辑分析仪）。频谱分析仪和逻辑分析仪）。VI包括三个部分：程序前面包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标板、框图程序和图标/连接器。连接器。本讲稿第四十六页，共四十六页